(工艺技术)年产吨中性淀粉酶发酵工艺设计

1、第第 页Na2HPO412H2O0.8%、（NH4）2SO40.4%、CaCl20.2%、NH4C10.15%、豆油lkg、深井水20L，调pH至6.57.0。发酵罐培养基经消毒灭菌冷却后接入3%5%种子培养成熟液。培养条件为：温度371C，罐压0.5kg/cm2,风量120h为1：0.48vvm,20h后1:0.67vvm，培养时间为2836h。发酵罐的设计4.1发酵罐的结构通用发酵罐的主要组成部件有：罐体：是发酵罐的主要结构，其内壁有挡板，作用是防止液内中心产生漩涡，一般用35块挡板。搅拌装置：主要功能是使罐内物料混合均匀，搅拌器叶轮多采用搅拌涡轮式，搅拌轴要与罐体密封严实，防止漏液和染菌

2、。搅拌转速为200r/min.传热装置：有夹套，列管等，这里采用外夹套。通气部分：通过空气分布器将通入的无菌空气均匀分布到发酵液中，发酵罐通风量012h为1：0.67vvm,12h至发酵结束通风量为1:（1.01.33）vvm。分布器有单管式和环形管式。消泡装置：用于消除产生的泡沫，最简单实用的消泡装置是耙式消泡器，直接装在搅拌轴上。进出料口：罐顶设有进料口，罐底有出料口。其他附属设备还包括试镜、人孔（手孔）、取样管等，用以观测和检修。4.2发酵罐的工艺尺寸常用的机械通风发酵罐的结构和主要几何尺寸标准化设计（见附图）其几何尺寸比例如下：H0/D=1.73.5H/D=25d/D=1/31/2W/

3、D=1/121/8B/D=0.81.0（S/d）2=12（2表示搅拌器挡数）h/D=1/4单位全部为m发酵罐大小用公称体积表示，V0=nD2XH/4+0.15D3其中：H0-发酵罐圆柱形筒身高度D-发酵罐内径H-罐顶到罐底的高度d-搅拌器直径W-挡板宽度B-下搅拌器距罐底的距离S-搅拌器间距h-底封头或顶封头高度计算：已知年产量为3吨，中性淀粉酶产量为292g/L,年有300个工作日，发酵周期为48小时，即2天，清理发酵罐1天，对淀粉的转化率为42%，预处理收率85%，提取率为70%，发酵罐个数为3个，装料系数为0.75,V。是公称容积,指筒身容积与底封头容积之和，则：发酵罐体积为：V0=3x

4、1000/292/(300/3)/42%x85%x70%/3/0.75=0.18m3-0.200m3由：V0=nD2xH/4+0.15D3=nD3/2+0.15D3=0.200m3得：D=0.43mH=3D=3x0.93=1.29mW=D/12=0.93/12=0.036mS=2D=2x4.88=0.43m那么：HH=3D=3x0.93=1.29mW=D/12=0.93/12=0.036mS=2D=2x4.88=0.43m液面高度HL=0.75(H+h)=0.75x(2.79+0.233)=1.049m物料衡算本系统采用3个发酵罐,每个为200L=0.2m3,中性淀粉酶产量为292g/L,对糖

5、的转化率为42%，提取率为70%，装料系数为0.75，则：每个发酵罐在一个发酵周期中性淀粉酶产量为：0.2x292x42%x70%x0.75=12.877（kg）那么3个发酵罐1年的总产量为：（12.877x300/3）x3=3863.16（kg）=3.86吨故符合年产量为3吨的生产要求。发酵过程的工艺控制发酵过程的补料策略中间补料是在发酵过程中补充某些营养物料、水或产酶促进剂，以满足微生物的代谢活动和产酶的需要。中性淀粉酶生产中要经常补料，用3倍年度浓度碳源的培养基补料，体积相当基础料的1/2，从培养12h开始，每小时1次，分30余次补加完毕。延长了发酵时间，提高了酶活力和单罐产量。5.2发

6、酵过程pH值的控制各种微生物需要在一定的pH环境中方能正常生长繁殖。培养基中C/N比值高，发酵液倾向于酸性，pH偏低；C/N比值低，发酵液倾向于中性或碱性，pH偏高。中性淀粉酶最适pH为6.87.2。因此，在发酵过程中，可通过添加适量的尿素或碳酸钙等来调节pH上升或下降。发酵过程温度的控制温度对微生物的生长、产物的合成和代谢调节有重要作用。温度变化一方面影响各种酶反应的速率和蛋白的性质，另一方面影响发酵液的物理性质。不同的菌种有着不同的最适温度。枯草杆菌发酵温度控制在35C37C最适宜。溶氧的控制中性淀粉酶发酵是需氧发酵，无论是基质的氧化，菌体的生长还是产物的合成均需大量的氧气。若发酵液中氧气

7、不足，可通过加大通气量，适当降低温度，提高罐压，补水，提高搅拌速度来控制。中性淀粉酶发酵过程中，012h通气量为1：0.67vvm，12h至发酵结束通气量为1：（1.01.33）vvm搅拌转速200r/min。罐压0.5kg/cm2。染菌的控制在工业发酵中，染菌轻则影响产品的质和量、重则倒罐或停产、影响工厂效益。因此要严格无菌操作，种子灭菌要彻底，净化空气设备，操作要慎重，设备灭菌要彻底。若在前期染菌，应重新灭菌；中期染菌，应偏离杂菌生长条件；后期染菌，可提前或及时放罐。可能出现的异常发酵现象：培养基变稀：可能是噬菌体污染或营养成分缺乏；培养基过浓：会抑制微生物的生长，考虑可能是污水污染；耗糖

8、较慢：可能原因是种子生长能力降低，检测种子是否衰退，发酵条件是否合适，以及营养成分是否全面，尤其注意缺磷；pH值不正常：用缓冲对来调节，检查是否染杂菌，碳氮比是否合适生长缓慢：最可能的原因就是营养成分不足。6.下游加工下游加工过程是生物工程的一个组成部分，是生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，以上述发酵、反应液或培养液分离、精制有关产品的过程。下游加工过程的一般工艺流程为：固体f细胞破碎f分离发酵液预处理固液分离亠液体f初步纯化f高度纯化f成品加工发酵液的过滤和预处理预处理就是除去高价离子和蛋白质，对高价离子的去除可以采用草酸或磷酸，草酸它与钙离子生成的草酸钙，

9、还能促使蛋白质沉淀，加磷酸既能降低钙离子也能降低镁离子。对于蛋白质的沉淀可以加入絮凝剂，调节pH值或加热。过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温。提取中性淀粉酶常用的提取方法有：盐析法、乙醇淀粉吸附法和喷雾干燥法，这里用盐析法。具体方法：发酵液经热处理，冷却到40C，加入硅藻土为助滤剂过滤。滤饼加2.5倍水洗涤，洗液同发酵液合并后，在45C真空浓缩数倍后，加(NH4)2SO4至40%饱和度。盐析沉淀物加硅藻土后过滤，滤饼于40C烘干磨粉即成粗酶制品。由酶液到粉状制酶剂的收率为70%。成品固体酶制剂的干燥方法有烘房、气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥、振动干燥和真空冷冻干燥。由于喷雾干燥生产

10、能力大，维修保养简单，因此生产中常采用这种方法。纯化中性淀粉酶的纯化方法可采用凝胶过滤法，就是以特定的凝胶物质为分子筛装入层析柱，再通过分离溶液时大于凝胶孔径的分子会被排阻在胶粒外，因此它们将“绕道通过”；小于该孔径的分子，由于可以自由出入胶粒内外，因此将沿着胶粒缝隙而直接流出。通过一段程度的凝胶层析柱后，大小分子将依次先后流出。7.枯草芽孢杆菌生产发酵中性淀粉酶工艺总流程图保藏的菌种I菌种的选育抱子斜面空气灭菌I种子罐JJ无菌空气发酵罐发酵培养及的灭菌培养基的配置热处理滤J盐析J干燥J粉碎J包装J成品参考文献1周晓云.酶原理与酶工程.中国轻工业出版社.2005.2俞俊棠,唐孝宣.新编生物工艺

11、学（上）.化学工业出版社.2005.3曹军卫,马辉文.微生物工程.科学出版社.2003.4华南工学院等.发酵工程于与设备.轻工业出版社.5刘国诠.生物工程下游技术.化学工业出版社.2003.6周洪波,彭华松.生物工程产品工艺学.高等教育出版社.2006.刘洋，沈微，石贵阳，王正祥.中温a-淀粉酶的酶学性质研究.江南大学工业生物技术教育部重点实验室赵永芳.生物化学技术原理及应用【M】.3版.北京：科学出版社，2007.孙俊良.酶制剂生产技术【M】.北京：科学出版社，2004.MAMOG.GESSESSEAPurificationandcharacterizationoftworawstarch-digestingthermostablealphaamylasesfromaThermophilicbacillus1999（35）SHENGJ.SAHABC.LEEYEPurificationandcharacterizationofanovelthermostablebeta-amylasefromClostridiumtherm